5G的關(guān)鍵技術(shù)及面臨的挑戰(zhàn)問(wèn)題分析

馬超

摘要：隨著通訊技術(shù)迅猛發(fā)展，人們對(duì)科技的不斷探索，以及人們對(duì)通信技術(shù)的需求的不斷提高，4G技術(shù)在不斷的發(fā)展，與時(shí)俱進(jìn)。因此，5G成了在4G技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)之下的又一大通信技術(shù)的突破。隨著通信技術(shù)的不斷革新，5G的出現(xiàn)為人們提供了更加便捷的通信服務(wù)。但是目前5G技術(shù)仍在發(fā)展當(dāng)中還面臨著一系列的挑戰(zhàn)。因此本文將分析幾項(xiàng)5G關(guān)鍵技術(shù)及面臨的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù)；技術(shù)挑戰(zhàn)；技術(shù)分析

隨著人們對(duì)通信技術(shù)的需求的不斷提高，以及人們?cè)谕ㄐ偶夹g(shù)領(lǐng)域的不斷研究和突破，相比4G技術(shù)，5G技術(shù)在傳輸速度、覆蓋性能、以及其他方面比4G技術(shù)更為優(yōu)秀，5G技術(shù)是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域的一大突破。5G技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)在未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向，對(duì)通訊行業(yè)和未來(lái)的新興業(yè)務(wù)以及各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的作用。但是在目前，5G技術(shù)在發(fā)展上仍然面臨著一系列的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

1、5G大規(guī)模MIMO技術(shù)

1.1大規(guī)模MIMO技術(shù)

大規(guī)模MIMO技術(shù)是指通過(guò)使用多個(gè)接收天線(xiàn)和發(fā)射天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)通訊質(zhì)量的提高，它能夠充分的利用空間資源，在不改變頻譜和發(fā)射功率的條件下，極大的提高了通訊容量，提升了通訊的質(zhì)量和傳輸效率。MIMO技術(shù)也是目前5G技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。大規(guī)模的MIMO技術(shù)可以幫助網(wǎng)絡(luò)中的眾多用戶(hù)在同一個(gè)時(shí)間在進(jìn)行通信，它能夠有效的降低用戶(hù)通信時(shí)的網(wǎng)絡(luò)干擾，并且提高通信傳輸效率。5G技術(shù)MIMO技術(shù)極大的提高了空間分辨率以及針對(duì)特定方向的信息傳輸，有效提升能源和頻譜利用率。目前MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于wifi等，一定程度上來(lái)說(shuō)，天線(xiàn)越多，信息傳輸速度也就越高。MIMO技術(shù)可以通過(guò)使用低廉的無(wú)線(xiàn)組件實(shí)現(xiàn)通信的高頻效率，無(wú)線(xiàn)頻譜的提升大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)的容量，為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供更多的資源。

1.2面臨的挑戰(zhàn)

導(dǎo)頻污染問(wèn)題是MIMO技術(shù)目前發(fā)展面臨的一大挑戰(zhàn)。不同的用戶(hù)可以使用不同的導(dǎo)頻信號(hào)，但是符號(hào)周期小于相干時(shí)間，這就導(dǎo)致了同一個(gè)地區(qū)的導(dǎo)頻信息不能無(wú)限多，即在該地區(qū)人們會(huì)接收到來(lái)自不同基站的信息，從而無(wú)法使用相同的信息，也因此造成了導(dǎo)頻污染。而大規(guī)模MIMO技術(shù)在發(fā)展上需要得到大量的經(jīng)費(fèi)支持以及硬件技術(shù)支持，這也是制約大規(guī)模MIMO技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

2、5G全雙工技術(shù)

2.1 5G全雙工技術(shù)

全雙工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送的同步進(jìn)行。我們所使用的手機(jī)電腦一般都具有全雙工技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在兩臺(tái)設(shè)備之間同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，并且設(shè)備相互之間不會(huì)受到信息傳輸終端的信號(hào)干擾。全雙工技術(shù)通過(guò)有效提高頻率利用率，打破了一般通信系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙向傳輸?shù)募夹g(shù)壁壘，有效的實(shí)現(xiàn)了多頻率的信息傳遞，成為了目前無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的一大重點(diǎn)研究方向。全雙工技術(shù)能夠充分地挖掘并利用5G技術(shù)中的無(wú)線(xiàn)頻譜資源。

2.2面臨的挑戰(zhàn)

全雙工技術(shù)大多使用的是獨(dú)立天線(xiàn)，所以在當(dāng)收發(fā)天線(xiàn)相距比較近的時(shí)候，天線(xiàn)之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾。目前全雙工技術(shù)擁有兩種模式，fdd頻分雙工，其所使用的是兩個(gè)完全對(duì)稱(chēng)的頻率通道用于接收和發(fā)送信號(hào)；tdd時(shí)分雙工，即在不同的時(shí)間對(duì)同一個(gè)頻率通道內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行發(fā)射和接收。雖然目前全雙工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)頻譜和時(shí)間內(nèi)進(jìn)行信息的發(fā)射和接收，并提高了頻譜效率。但是不管tdd還是fdd，全雙工技術(shù)在目前的發(fā)展當(dāng)中都面臨著“自干擾”這個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)在進(jìn)行信號(hào)發(fā)射的時(shí)候會(huì)對(duì)信號(hào)接收產(chǎn)生強(qiáng)大的干擾，在這種情況下如果再使用全雙工技術(shù)，這就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)罷工。所以自干擾這一挑戰(zhàn)對(duì)全雙工技術(shù)的發(fā)展來(lái)說(shuō)具有不可忽視的影響。

3、5G超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.1 5G超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G技術(shù)就是能夠同時(shí)接入各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息和通信的無(wú)線(xiàn)傳輸。因?yàn)槌芗悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所使用的大小網(wǎng)絡(luò)基站之間的密集程度相對(duì)較高，所以這就使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶(hù)終端之間的距離較為接近，因此相對(duì)于其他的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在功率效率和頻譜效率上更為優(yōu)良。在目前超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也被認(rèn)為最具有發(fā)展前景的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一，已被明確納入研發(fā)機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在空間上組合了不同覆蓋范圍和不同功能的基站，超密集無(wú)線(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷超過(guò)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的覆蓋密度和規(guī)模。超密集無(wú)線(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可以有效的避免由于頻譜資源和能量資源的缺乏而對(duì)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)造成的阻礙。

3.2面臨的挑戰(zhàn)

盡管超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相對(duì)于其他的通信系統(tǒng)擁有很好的發(fā)展前景，但是仍然存在著一些技術(shù)缺陷和挑戰(zhàn)。首先就是因?yàn)榇笮』竞途W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間距離較短，這就造成了系統(tǒng)內(nèi)部的無(wú)線(xiàn)電接收之間的頻率干擾。而且超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不可避免的面臨一系列的挑戰(zhàn)，比如對(duì)于大小基站的開(kāi)關(guān)控制，如果掌握不好開(kāi)關(guān)的操作會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)荷以及網(wǎng)絡(luò)震蕩。節(jié)能降耗也是超密集無(wú)線(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)所面臨的一大難題。想要實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗就需要關(guān)閉基站。但是關(guān)閉基站的同時(shí)會(huì)加大基站和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的通信距離，影響網(wǎng)絡(luò)通道信息傳輸?shù)男省?/p>

在5G技術(shù)發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中也面臨著其他重要的挑戰(zhàn)，其一就是成本和能源的增加。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，由此對(duì)基本設(shè)施以及資源成本等方面的要求也會(huì)不斷增強(qiáng)。而且5G技術(shù)發(fā)展的一大基礎(chǔ)就是巨大規(guī)模的數(shù)據(jù)流量，所以它對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速率具有極高的要求，想要最大化提高網(wǎng)絡(luò)速率而不考慮網(wǎng)絡(luò)配置的限制具有很高的難度以及極大的挑戰(zhàn)。5G技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)并不是速度，而是實(shí)現(xiàn)保持網(wǎng)絡(luò)終端的持續(xù)聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，無(wú)論用戶(hù)身處何地，都能保持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定連接。同時(shí)頻譜資源短缺也是5G技術(shù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于頻譜資源的需求也將不斷增大，這也將加速頻譜資源的短缺情況。

總結(jié)：

5G技術(shù)賦予了通信技術(shù)領(lǐng)域更高的研發(fā)追求以及研發(fā)空間。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的發(fā)展會(huì)加速5G技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，而5G技術(shù)也會(huì)為各個(gè)行業(yè)帶來(lái)極大的發(fā)展，改變?nèi)藗兊纳?，具有極其廣闊的發(fā)展前景，但是與此同時(shí)仍會(huì)面臨著挑戰(zhàn)。

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